1、1東南大學遠程教育工工 程程 地地 質質第第 四四 章章主講教師：主講教師： 童小東童小東2第第4章章 土體的工程地質土體的工程地質 研究研究 第第1節節 土體及其基本性質土體及其基本性質 第第2節節 土體工程地質性質形成的因素土體工程地質性質形成的因素 第第3節節 土體穩定破壞的因素土體穩定破壞的因素 第第4節節 土體工程地質研究方法土體工程地質研究方法第第5節節 土體主要成因類型的基本特征土體主要成因類型的基本特征 3第第1節節 土體及其基本性質土體及其基本性質 土體：土體：是由巖石經過物理與化學風化、是由巖石經過物理與化學風化、搬運、沉積作用后的產物，是由各種大小搬運、沉積作用后的產物，

2、是由各種大小不同的土粒按各種比例組成的集合體。不同的土粒按各種比例組成的集合體。 水對土體的性質影響非常大。土體的水對土體的性質影響非常大。土體的強度一般隨著含水量的增大而降低；土體強度一般隨著含水量的增大而降低；土體的層理構造決定了土體力學、水理性質的的層理構造決定了土體力學、水理性質的非均勻性和各向異性。非均勻性和各向異性。4 土體層狀構造中的土體層狀構造中的軟弱面軟弱面常是常是影響斜坡穩定性，產生滑坡的主要影響斜坡穩定性，產生滑坡的主要原因。當土層上覆于巖層時，巖層與土層的原因。當土層上覆于巖層時，巖層與土層的交界面常是一軟弱面，是控制土體穩定的關交界面常是一軟弱面，是控制土體穩定的關鍵

3、。鍵。 5第第2節節 土體工程地質性質土體工程地質性質 形成的因素形成的因素 土體工程地質性質與其土體工程地質性質與其成因成因、物質組物質組成成分（礦物與水）成成分（礦物與水）、結構結構、構造構造以及以及土土質類型質類型有關。有關。 一、土體的成因一、土體的成因 土體的成因一般包括兩個方面的作用：土體的成因一般包括兩個方面的作用： 1.風化作用風化作用各類巖石被破壞生成各類巖石被破壞生成巖屑、新礦物等物質；巖屑、新礦物等物質；6 2.沉積作用沉積作用物質搬運和堆物質搬運和堆積形成沉積物。積形成沉積物。 土體的成因可決定土體的性質。土體的成因可決定土體的性質。 二、土體的物質組成與結構構造二、土

4、體的物質組成與結構構造 土體的物質成分和結構構造可反映它的土體的物質成分和結構構造可反映它的地質形成歷史。地質形成歷史。 土體的工程地質性質與其地質歷史成因土體的工程地質性質與其地質歷史成因和地質結構構造特征密切相關。和地質結構構造特征密切相關。 7第第3節節 土體穩定破壞的因素土體穩定破壞的因素 控制土體穩定破壞的主要因素有：土控制土體穩定破壞的主要因素有：土體的體的宏觀結構面宏觀結構面，水文氣象條件水文氣象條件，地下水地下水，人類工程經濟活動人類工程經濟活動等。等。 一、土體的宏觀結構面一、土體的宏觀結構面 土體的各類宏觀結構面是土體穩定破土體的各類宏觀結構面是土體穩定破壞的主要控制因素，

5、它們大多是土體穩定壞的主要控制因素，它們大多是土體穩定破壞的破壞的滑移面滑移面。 8 1.土體的風化界面土體的風化界面 2.與下伏基巖的接觸面與下伏基巖的接觸面 3.土體中的軟弱夾層與裂隙面土體中的軟弱夾層與裂隙面 二、水文氣象條件二、水文氣象條件 土體內部結構面的存在是控制其穩定破土體內部結構面的存在是控制其穩定破壞的內在因素，水文氣象條件則是外在因素，壞的內在因素，水文氣象條件則是外在因素，由地表水、大氣降水對上述結構面的軟化，由地表水、大氣降水對上述結構面的軟化，使得結構面強度降低，導致土體失穩破壞。使得結構面強度降低，導致土體失穩破壞。 9 降雨量與滑坡的關系降雨量與滑坡的關系滑坡次數

6、滑坡次數降雨量降雨量10 土體的滑移破壞除了與降雨量土體的滑移破壞除了與降雨量有關外，還與降雨持續的時間有關。有關外，還與降雨持續的時間有關。連續長時間降細雨，由于小雨能充分下滲，連續長時間降細雨，由于小雨能充分下滲，可增加土體重量和降低土體強度，從而造成可增加土體重量和降低土體強度，從而造成土體失穩。土體失穩。 三、人類的工程經濟活動三、人類的工程經濟活動 人類的工程經濟活動愈來愈成為土體穩人類的工程經濟活動愈來愈成為土體穩定破壞的主要威脅。定破壞的主要威脅。 11 人類工程經濟活動是外在因素，人類工程經濟活動是外在因素，外因必須通過內因而起作用。如土外因必須通過內因而起作用。如土體內部具備

7、有一定的軟弱結構面，則切割坡體內部具備有一定的軟弱結構面，則切割坡腳、上部堆載等活動都會引起土體的穩定破腳、上部堆載等活動都會引起土體的穩定破壞。壞。 為此，在規劃人類的工程經濟活動時，為此，在規劃人類的工程經濟活動時，必須結合土體結構和自然地理條件的特點，必須結合土體結構和自然地理條件的特點，為合理利用土體，保持土體穩定提出科學依為合理利用土體，保持土體穩定提出科學依據。據。 12第第4節節 土體工程地質土體工程地質 研究方法研究方法 在工程地質學中，可在在工程地質學中，可在分子結構分子結構、微微觀結構觀結構和和宏觀結構宏觀結構三個不同的水平上研究三個不同的水平上研究土體。土體。 1.分子結

8、構研究分子結構研究 分子結構研究是了解土體結構要素之分子結構研究是了解土體結構要素之間結構聯結本質的必要手段，對于評價土間結構聯結本質的必要手段，對于評價土體強度、變形和穩定性極為重要；體強度、變形和穩定性極為重要；13 2.微觀結構研究微觀結構研究 通過微觀結構研究可以鑒定土通過微觀結構研究可以鑒定土體的礦物和化學成分、微結構和構造特征，體的礦物和化學成分、微結構和構造特征，以及它們與土體物理、力學性質的關系；以及它們與土體物理、力學性質的關系； 3.宏觀結構研究宏觀結構研究 為了確定土體的實地產出條件、形狀、為了確定土體的實地產出條件、形狀、大小規格和連續性，土體結構及其空間分布大小規格和

9、連續性，土體結構及其空間分布規律，以及評價土體穩定破壞的條件等，則規律，以及評價土體穩定破壞的條件等，則必須進行宏觀地質研究。必須進行宏觀地質研究。 14 但是，也必須看到，在進行土但是，也必須看到，在進行土體微觀結構研究的同時，千萬不可體微觀結構研究的同時，千萬不可忽視對土體宏觀結構的研究，不能忽視對土體宏觀結構的研究，不能“只見樹只見樹木，不見森林木，不見森林”。 在土體工程地質研究方法方面，必須堅在土體工程地質研究方法方面，必須堅持持“宏觀指導微觀，微觀論證宏觀宏觀指導微觀，微觀論證宏觀”的研究的研究路線。路線。15 在進行土體微觀結構研究之前在進行土體微觀結構研究之前首先應進行土體宏觀

10、結構、構造的首先應進行土體宏觀結構、構造的野外現場研究，根據宏觀研究的結果進行取野外現場研究，根據宏觀研究的結果進行取樣再到室內開展微觀鑒定工作，具體的室內樣再到室內開展微觀鑒定工作，具體的室內微觀鑒定結果再反過來去解釋宏觀所確定的微觀鑒定結果再反過來去解釋宏觀所確定的結論。有關土體穩定破壞的正確結論，必須結論。有關土體穩定破壞的正確結論，必須是宏觀是宏觀微觀，微觀微觀，微觀宏觀多次反復印證的宏觀多次反復印證的結果。結果。 16第第5節節 土體主要成因類型土體主要成因類型 的基本特征的基本特征 地質年代中的第四紀時期是距今最近地質年代中的第四紀時期是距今最近的地質年代。第四紀時期沉積的歷史相對

11、的地質年代。第四紀時期沉積的歷史相對較短，一般又未經固結硬化成巖作用，因較短，一般又未經固結硬化成巖作用，因此在第四紀形成的各種沉積物通常是松散此在第四紀形成的各種沉積物通常是松散的、軟弱的、多孔的，與巖石的性質有著的、軟弱的、多孔的，與巖石的性質有著顯著的差異，就稱之為顯著的差異，就稱之為土土。 17 第四紀沉積物是堅硬巖石經過第四紀沉積物是堅硬巖石經過長期地質作用后的產物，廣泛分布長期地質作用后的產物，廣泛分布于地球的陸地和海洋，由巖石碎屑、礦物顆于地球的陸地和海洋，由巖石碎屑、礦物顆粒組成，其孔隙中充填著水和氣體，是由粒組成，其孔隙中充填著水和氣體，是由固固相相、液相液相、氣相氣相組成的

12、三相體系。組成的三相體系。 工程地質學中所說的工程地質學中所說的土體土體，它與人們通，它與人們通常所稱的常所稱的土壤土壤不同。當第四紀松散物質沉積不同。當第四紀松散物質沉積成土后，再在一個相當長的穩定環境中經受成土后，再在一個相當長的穩定環境中經受生物化學生物化學及及物理化學物理化學的的成壤作用成壤作用所形成的土所形成的土體，統稱為體，統稱為土壤土壤。18 未經受成壤作用的松散物質受未經受成壤作用的松散物質受到外力的剝蝕、侵蝕、搬運、沉積到外力的剝蝕、侵蝕、搬運、沉積等地質作用，時代較老的土體在上覆沉積物等地質作用，時代較老的土體在上覆沉積物的自重壓力和地下水作用下，經受壓密固結的自重壓力和地

13、下水作用下，經受壓密固結作用，逐漸形成具有一定強度和穩定性的土作用，逐漸形成具有一定強度和穩定性的土體，這就是工程地質學中所說的體，這就是工程地質學中所說的土體土體，是人，是人類活動和工程建設研究的對象。類活動和工程建設研究的對象。19 土體按其形成條件可分為陸相土體按其形成條件可分為陸相和海相沉積物。陸相有：殘積物、和海相沉積物。陸相有：殘積物、坡積物、沖積物、洪積物、冰磧物、冰水堆坡積物、沖積物、洪積物、冰磧物、冰水堆積物、湖積物、風積物；海相有：淺海沉積，積物、湖積物、風積物；海相有：淺海沉積，水深為水深為200m以內以內大陸架沉積；大陸斜坡大陸架沉積；大陸斜坡沉積，水深為沉積，水深為2

14、001000m的沉積；深海沉積，的沉積；深海沉積，水深超過水深超過1000m的沉積。的沉積。 20 1.殘積物殘積物 巖石在遭受風化作用后，在原巖石在遭受風化作用后，在原地形成的松散堆積物。地形成的松散堆積物。 殘積物與母巖的關系為漸變過渡關系。殘積物與母巖的關系為漸變過渡關系。殘積物的層理性不明顯，如果有層理性也是殘積物的層理性不明顯，如果有層理性也是其母巖原有的。其母巖原有的。 2.坡積物坡積物 坡積物是雨雪水流的地質作用將高處巖坡積物是雨雪水流的地質作用將高處巖石風化產物緩慢地洗刷剝蝕、順著斜坡向下石風化產物緩慢地洗刷剝蝕、順著斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的逐漸移動、沉積

15、在較平緩的山坡上而形成的沉積物。沉積物。21 坡積物一般無層理性，礦物成坡積物一般無層理性，礦物成分與周圍基巖的巖石成分密切相關。分與周圍基巖的巖石成分密切相關。坡積物的物理、力學性質與其組成成分直接坡積物的物理、力學性質與其組成成分直接相關。相關。 斜坡區的坡積物易產生滑坡，滑動面主斜坡區的坡積物易產生滑坡，滑動面主要是它與下伏基巖的接觸面。要是它與下伏基巖的接觸面。 3.洪積物洪積物 山區河流或暴雨時期暫時性洪水流及融山區河流或暴雨時期暫時性洪水流及融雪水流，具有很大的剝蝕和搬運能力，它沖雪水流，具有很大的剝蝕和搬運能力，它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質堆積于山谷沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質

16、堆積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原而形成洪積物。溝出口或山前傾斜平原而形成洪積物。22 洪積物的巖性成分十分復雜；洪積物的巖性成分十分復雜；土性不均勻，一般無層理性。此類土性不均勻，一般無層理性。此類土的密度和強度一般要比均勻土體的高。土的密度和強度一般要比均勻土體的高。 4.沖積物沖積物 沖積物是河流流水的地質作用將兩岸基沖積物是河流流水的地質作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運、巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運、沉積在河流坡降平緩地帶所形成的沉積物。沉積在河流坡降平緩地帶所形成的沉積物。 23 5.湖積物湖積物 此類土體一般是多種多樣，其此類土體一般是多種多樣，其成分與地區的氣候條件、所處位置、范圍大成分與地區的氣候條件、所處位置、范圍大小、深度、周圍地形特點